电子科技大学成都学院实验报告模板.docx

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电子科技大学成都学院实验报告模板电子科技大学成都学院实验报告册课程名称：姓名：学号：院系：专业：教师：月实验一：一、实验目的：掌握用VerilogHDL语言实现奇数分频。二、实验原理和内容：内容：编写奇数分频模块，实现对输入时钟信号的17分频，同时占空比为50%的方波信号。原理：采用了两个计数器，一个由输入时钟上升沿触发，另一个由输入时钟下降沿触发，两个分频器的输出信号正好有半个时钟周期的相位差，最后将两个计数器的输出相或，即得占空比为50%的方波信号。三、实验步骤：1、启动QuartusII建立一个空白工程，然后命令为couter17.qpf 2、新建VerilogHDL源程序文件counter17,v，输入程序代码并保存（完整的VerilogHDL程序参考程序清单），然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误，则找出并更改错误，直至编译成功为止。3、新建文件对话框VectorWareformfile，单击ok关闭建立一个空的波形编辑器窗口，并改名为counter17.vwf保存。在所示Name选项卡内双击鼠标左键，弹出一对话框，选择NodeFinder按钮，再次弹出了一对话框，选择list添加所有引脚，再单击ok，然后编辑输入节点波形，最后再Quartus主界面下选择Tools--》SimulatorTool命令，弹出一对话窗，第一步：在Simulationinput选择仿真文件counter17.vwf第二步：在Simulationmode选择Functional第三步：点击GenerateFunctionalSimulationNetlist生成仿真网表第四步：点击左下角的Start开始仿真，结束后再点击Open打开仿真后的波形文件。4、检查是否正确，若错误，则修改程序，直到达到要求。四、实验数据和结果：modulecouter17(clk,clk_out);inputclk;outputclk_out;reg[4:0]m,n;wireclk_out;regclk_out1,clk_out2;assignclk_out=(clk_out1|clk_out2);always@(posedgeclk)begin m<=m+1;if(m==16)m<=0;else if(m==15)beginclk_out1=~clk_out1;endelse if(m==7)beginclk_out1=~clk_out1;endend always@(negedgeclk)begin n<=n+1;if(n==16)n<=0;else if(n==15)beginclk_out2=~clk_out2;endelse if(n==7)beginclk_out2=~clk_out2;endend endmodule仿真波形结果为：五、实验总结：进过波形仿真的验证可知，程序实现了对输入信号的17分频，且其占空比为50%。该程序只要稍加改动可以实现任意奇数分频。实验二：一、实验目的：学习7段数码管显示译码器的设计，进一步了解、熟悉和掌握FPGA开发软件QuartusII的使用方法及VerilogHDL的编程方法，学习LPM兆功能模块的调用。二、实验原理和内容：原理：实验箱上有8个位码DIG0~DIG7和8个段码SEG0~SEG7分别与FPGA相应的引脚相连。只要DIG0~DIG7上一直输出低电平“0”，则8个数码管将显示相同的数码（因为8个LED数码管的段码线分别接到了同一引脚上），这样8位动态LED数码管就变成了静态LED。内容：建立7段译码显示模块，用于控制LED数码管的静态显示。要求在SmartSOPC实验箱上的数码管依次显示0~9和A~F16个字符。三、实验步骤：1、启动QuartusII建立一个空白工程，然后命令为sled.qpf 2、新建VerilogHDL源程序文件decl7s.v，输入程序代码并保存（完整的VerilogHDL程序参考程序清单3.4），然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误，则找出并更改错误，直至编译成功为止。4、将sled.bdf设置为顶层实体。对该工程文件进行全程编译处理，若在编译过程中发现错误，则找出并更正错误，直至编译成功为止。5、连接硬件，下载程序。四、实验数据和结果：modulesled(clk,seg,dig);inputclk;output[7:0]seg,dig;reg[7:0]segr;reg[7:0]dig=8’h00;regclk_out;reg[3:0]d;reg[31:0]count;regstate;assignseg=segr;parameters0=1’b0,s1=1’b1;always@(posedgeclk)//1sbegin count<=count+1;if(count==23999999)begin count<=0;clk_out<=~clk_out;endend always@(posedgeclk_out)begin casex(state)s0:begind<=d+1;if(d==4’hf)begind<=4’he;state<=s1;endends1:begind<=d-1;if(d==4’h0)begind<=4’h1;state<=s0;endendendcaseend always@(d)begincase(d)4’d0:segr=8’hc0;//显示4’d1:segr=8’hf9;//显示14’d2:segr=8’ha4;//显示24’d3:segr=8’hb0;//显示34’d4:segr=8’h99;//显示4 4’d5:segr=8’h92;//显示54’d6:segr=8’h82;//显示64’d7:segr=8’hf8;//显示74’d8:segr=8’h80;//显示84’d9:segr=8’h90;//显示94’d10:segr=8’h88;//显示A4’d11:segr=8’h83;//显示B4’d12:segr=8’hc6;//显示C4’d13:segr=8’ha1;//显示D4’d14:segr=8’h86;//显示E4’d15:segr=8’h8e;//显示Fdefault:segr=8’hxx;endcaseend endmodule显示：从0~F再到F~0循环显示；五、实验总结：由于LED静态显示需要占用较多的I/O口，且功耗较大，因此在大多数场合通常不采用静态显示，而采用动态扫描的方法来控制LED数码管的显示实验三：一、实验目的：学习动态扫描显示的原理及电路的设计。二、实验原理和内容：内容：是建立数码管动态扫描显示模块，具体的内容：A、在SmartSOPC实验箱上完成LED数码管的动态显示“40720323”这八个数字。B、放慢扫描速度演示动态显示的原理过程。原理：在SmartSOPC实验箱上有八个数码管，其中每个数码管的8个段：a、b、c、d、e、f、g、h（h是小数点）都分别连到seg0~seg7，8个数码管分别由8个选通信号dig0~dig7来选择。被选通的数码管显示数据，其余的关闭。根据这种电路状态，8个数码管全都显示想要的数据，就必须使得8个选通信号dig0~dig7分别单独选通，同时，在段信号输入口加上希望在该对应数码管上显示的数据，于是随着选通信号的扫描就能实现扫描显示的目的。虽然每次只有一个LED显示，但是只要扫描显示速度够快，由于人的视觉余辉效应，使我们仍会感觉所有的数码管都在同时显示。三、实验步骤：1、启动QuartusII建立一个空白工程，然后命令为snum.qpf 2、新建VerilogHDL源程序文件snum.v，输入程序代码并保存（完整的VerilogHDL程序参考程序清单），然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误，则找出并更改错误，直至编译成功为止。3、新建图形设计文件名为snum.bdf并保存。5、对该工程文件进行全程编译处理，若在编译过程中发现错误，则找出并更正错误，直至编译成功为止。5、连接硬件，下载程序。四、实验数据和结果：modulenum(clock,seg,dig);inputclock;output[7:0]seg,dig;reg[7:0]seg,dig;reg[32:0]coutsz;//分频计数reg[2:0]cout;//数码管计数regclk_out;//分频后时钟1msreg[31:0]disp=32’h40720323;reg[31:0]disp_dat;always@(posedgeclock)//1msbegin coutsz<=coutsz+1;if(coutsz==23999)beginclk_out<=~clk_out;coutsz<=0;endend always@(posedgeclk_out)begincout<=cout+1’b1;end always@(posedgeclk_out)begin case(cout)//选择扫描显示数据3’h0:disp_dat=disp[31:28];3’h1:disp_dat=disp[27:24];3’h2:disp_dat=disp[23:20];3’h3:disp_dat=disp[19:16];3’h4:disp_dat=disp[15:12];3’h5:disp_dat=disp[11:8];3’h6:disp_dat=disp[7:4];3’h7:disp_dat=disp[3:0];endcasecase(cout)3’h0:dig=8’b01111111;//选择第1个数码管3’h1:dig=8’b10111111;//选择第2个数码管3’h2:dig=8’b11011111;//选择第3个数码管3’h3:dig=8’b11101111;//选择第4个数码管3’h4:dig=8’b11110111;//选择第5个数码管3’h5:dig=8’b11111011;//选择第6个数码管3’h6:dig=8’b11111101;//选择第7个数码管3’h7:dig=8’b11111110;//选择第8个数码管endcaseend always@(disp_dat)begin case(disp_dat)4’d0:seg=8’hc0;//显示04’d1:seg=8’hf9;//显示14’d2:seg=8’ha4;//显示24’d3:seg=8’hb0;//显示34’d4:seg=8’h99;//显示44’d5:seg=8’h92;//显示54’d6:seg=8’h82;//显示64’d7:seg=8’hf8;//显示74’d8:seg=8’h80;//显示84’d9:seg=8’h90;//显示94’d10:seg=8’h88;//显示A4’d11:seg=8’h83;//显示B4’d12:seg=8’hc6;//显示C4’d13:seg=8’ha1;//显示D4’d14:seg=8’h86;//显示E4’d15:seg=8’h8e;//显示Fendcaseend endmodule显示：（用肉眼看）同时显示为：40720323五、实验总结：动态扫描显示时刷新率最好大于50Hz，即每显示一轮的时间不超过20ms。每个数码管显示的时间不能太长也不能太短，时间太长会影响刷新率，导致总体显示呈现闪烁的现象；时间太短发光二极管的电流导通时间也会就短，会影响总体的显示亮度。一般控制在1ms左右最佳实验四：一、实验目的：学习按键去抖动电路的硬件设计。二、实验原理和内容：内容：通过SmartSOPC实验箱上的按键KEY1（经过消抖）或KEY2（没有消抖）控制数码管显示数字。对比有加消抖模块和没加消抖模块电路的区别。原理：作为机械开关的键盘，在按键操作时，机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或开启的瞬间会出现电压抖动。按键去抖动关键在于提取稳定的低电平状态，滤除前沿、后沿抖动毛刺。对于一个按键信号，可以用一个脉冲对它经行采样。如果连续三次采样为低电平，可以认为信号已经处于键稳定状态，这时输出一个低电平按键信号。继续采样的过程中如果不能满足连续三次采样为低，则认为键稳定状态结束，这时输出变为高电平。三、实验步骤：1、启动QuartusII建立一个空白工程，然后命令为key.qpf 2、新建VerilogHDL源程序文件key.v，输入程序代码并保存（完整的VerilogHDL程序参考程序清单），然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误，则找出并更改错误，直至编译成功为止。3、新建图形设计文件名为key.bdf并保存。5、对该工程文件进行全程编译处理，若在编译过程中发现错误，则找出并更正错误，直至编译成功为止。5、连接硬件，下载程序。四、实验数据和结果：modulekey(clk,key1,key2,seg,dig);inputclk;inputkey1;inputkey2;output[7:0]seg;output[7:0]dig;reg[7:0]dig;reg[7:0]seg;wireclock;regkey_out;reg[31:0]count;regclk_out;reg[3:0]d;regdout1,dout2,dout3;andm1(clock,key2,key_out);always@(posedgeclk)//1ms begin count<=count+1;if(count==239999)begincount<=0;clk_out<=~clk_out;end end always@(posedgeclk_out)//bounce begin dout1<=key1;dout2<=dout1;dout3<=dout2;begin key_out<=(dout1|dout2|dout3);end end always@(posedgeclock)begin begin d<=0;d<=d+1;dig=8’b01111111;end begin case(d)4’h0:seg=8’hc0;4’h1:seg=8’hf9;4’h2:seg=8’ha4;4’h3:seg=8’hb0;4’h4:seg=8’h99;4’h5:seg=8’h92;4’h6:seg=8’h82;4’h7:seg=8’hf8;4’h8:seg=8’h80;4’h9:seg=8’h90;4’ha:seg=8’h88;4’hb:seg=8’h83;4’hc:seg=8’hc6;4’hd:seg=8’ha1;4’he:seg=8’h86;4’hf:seg=8’h8e;endcase end end endmodule显示：当按下key1后数码管显示数字自动加1，而当按下key2后数码管显示数字不是依次加1，而是一个随机数。五、实验总结：当按下KEY1时，能稳定显示0~F，而按下KEY2时，数码管显示数字很不稳定消抖电路的采样时钟要实际应用可以灵活改变，因为按键触发的时间一般为几百毫秒，干扰毛刺脉宽一般为几百毫秒到几毫秒，所以采样时钟的周期一般为几毫秒实验五：一、实验目的：掌握利用有限状态机实现一般时序逻辑分析的方法，了解一般状态机的设计与应用。二、实验原理和内容：内容：设计一序列检测器，进行波形仿真验证。原理：当序列检测器连续收到一组串行二进制码后，如果这组序列码与检测器中预先设置的序列码相同，则输出1，否则输出0.这种检测的关键是必须收到连续的正确码，所以要求检测器必须对前一次接收到的序列码做记忆分析，直到在连续检测中所收到的每一位二进码都与预置序列码对应相同。在检测过程中，只要有一位不相等都在回到初始状态重新开始检测。三、实验步骤：1、启动QuartusII建立一个空白工程，然后命令为schk.qpf 2、新建VerilogHDL源程序文件schk,v，输入程序代码并保存（完整的VerilogHDL程序参考程序清单），然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误，则找出并更改错误，直至编译成功为止。3、新建文件对话框VectorWareformfile，单击ok关闭建立一个空的波形编辑器窗口，并改名为schk.vwf保存。在所示Name选项卡内双击鼠标左键，弹出一对话框，选择NodeFinder按钮，再次弹出了一对话框，选择list添加所有引脚，再单击ok，然后编辑输入节点波形，最后再Quartus主界面下选择Tools--》SimulatorTool命令，弹出一对话窗，第一步：在Simulationinput选择仿真文件schk.vwf第二步：在Simulationmode选择Functional第三步：点击GenerateFunctionalSimulationNetlist生成仿真网表第四步：点击左下角的Start开始仿真，结束后再点击Open打开仿真后的波形文件。4、检查是否正确，若错误，则修改程序，直到达到要求。四、实验数据和结果：moduleschk(rst,clk,state,In,Out);inputrst,clk,In;outputOut;output[2:0]state;reg[2:0]state;regOut;parameters0=3’d0,s1=3’d1,s2=3’d2,s3=3’d3,s4=3’d4,s5=3’d5;always@(posedgeclk)begin if(!rst)Beginstate<=s0;Out<=0;end else casex(state)s0:begin if(In==0)beginstate<=s1;Out<=0;end else beginstate<=s0;Out<=0;end end s1:begin if(In==0)beginstate<=s0;Out<=0;end else beginstate<=s2;Out<=0;end end s2:begin if(In==0)beginstate<=s1;Out<=0;end else beginstate<=s3;Out<=0;end end s3:begin if(In==0)beginstate<=s4;Out<=0;end else beginstate<=s0;Out<=0;end end s4:begin if(In==0)beginstate<=s1;Out<=0;end else beginstate<=s5;Out<=1;end end s5:begin if(In==0)beginstate<=s0;Out<=0;end else beginstate<=s3;Out<=0;end end defaultstate<=s0;endcase end endmodule波形仿真结果为：五、实验总结：该代码经过仿真验证，能够检测序列01101。状态机是VerilogHDL里重要的思想，应该学会灵活运用。要实现其他序列只需画其状态转换图，将状态机的部分修改即可。实验六：一．实验目的：熟悉和掌握CPLD/FPGA开发软件的使用方法及VerilogHDL的编程方法，学习简单的时序电路的设计和硬件测试。二．实验原理和内容：内容：建立可用于控制LED流水灯的简单硬件电路，要求在SmartSOPC实验箱上实验花样流水灯。原理：建立分频模块和花样显示模块，分频模块实现LED灯显示的频率，花样显示模块实现LED灯如何显示。三．实验步骤：（1）启动QuartusII建立一个空白工程，命名为hyledwater.qpf。（2）新建VerilogHDL源程序文件hyledwater.v，输入程序代码并保存，然后进行综合编译。若在编译过程中发生错误，则找出并更正，直至编译成功为止。（3）由hyledwater.v生成名为hyledwater.bsf的模块符号文件，将光盘中的int_div.bsf和int_div.v拷贝到工程目录下。（4）新建图形文件命名为hyledwater.bdf并保存，在空白处双击鼠标左键后分别将project下的hyledwater和int_div模块放入图形文件hyledwater.bdf中，加输入，输出引脚并命名。按下图所示进行连接（5）选择目标器件并对相应的引脚进行锁定，在这里所选择的器件为Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8芯片，引脚设置如下表，未使用的引脚设为三（6）将hyledwater.bdf设置为顶层实体。对该工程文件进行全程编译处理。若在编译过程中发现错误，则找出并更正，直至编译成功为止。（7）连接硬件，下载程序。四．实验数据和结果：modulehyledwater(clk,reset,led);inputclk,reset;output[7:0]led;reg[7:0]led;reg[1:0]state;parameters0=’d0,s1=’d1,s2=’d2,s3=’d3;always@(posedgeclk)begin if(!reset)beginstate<=s0;led<=8’b11111111;end else case(state)s0:beginled<=led<<1;if(led==8’d0)beginstate<=s1;led<=8’b11111111;end end s1:beginled<=led>>1;if(led==8’d0)beginstate<=s2;led<=8’b11111111;end end s2:begin beginled[7:4]<=led[7:4]<<1;led[3:0]<=led[3:0]>>1;end if(led==8’d0)beginstate<=s3;led<=8’b11111111;end end s3:begin beginled[7:4]<=led[7:4]>>1;led[3:0]<=led[3:0]<<1;end if(led==8’d0)beginstate<=s0;led<=8’b11111111;end end endcase end endmodule结果：LED灯先从左依次亮，最后一盏led亮完后全亮，再从右依次亮最后一盏led亮完后全亮，在从两边往中间亮最后全亮，再从中间向两边亮最后再全亮，如此循环显示。五．实验总结：选择器件后，比较有利的做法是先编译顶层文件，后分配引脚，因为编译之后，软件会自动将所有输入，输出引脚记录下来，不需要重新输入各个引脚的信号名。可以通过修改hyledwater.v里的代码，改变LED灯的显示方式，通过修改int_div.v里的分频系数，可改变LED灯的显示频率。